[发明专利]一种基于开关过程的SiC MOSFET六相逆变器传导电磁干扰建模方法

说明书

本发明公开一种基于开关过程的SiC MOSFET六相逆变器传导电磁干扰建模方法，包括以下步骤：1)对六相逆变器中SiC MOSFET的暂态开关过程进行建模，得到SiC MOSFET在暂态开关过程中的栅源电压u_gs；2)建立六相逆变器的差模传导干扰源模型和共模传导干扰源模型；3)建立六相逆变器的差模和共模传导干扰源的解析计算模型；4)根据六相逆变器的差模和共模传导干扰源的解析计算模型，计算出六相逆变器的差模电压和共模干扰电压。本发明基于SiC MOSFET暂态开关函数的建模方法，物理概念清晰，计算方法简单，能对六相逆变器电磁干扰源进行建模表征源头。

技术领域

本发明涉及电磁兼容性预测领域，具体是一种基于开关过程的SiC MOSFET六相逆变器传导电磁干扰建模方法。

背景技术

由于在舰艇推进等应用场合，对于调速传动功率的需求不断增大，通常采用的手段是提高电压、增大电流。一种常用的方法是通过增加电机的相数，降低对逆变器每相容量的要求，可以实现大功率交流传动。在舰艇平台中，因六相逆变器具有下面的显著优势，得到了越来越广泛应用，其优点总结如下：

1)可以使用低功率等级器件实现低压大功率调速。同等功率的三相逆变器若改装为六相逆变器，单相的供电电压会下降，特别适合于电力舰艇推进系统等供电电压本身受限的大功率应用场合。

2)转矩脉动频率增加且幅值减小。空间谐波磁动势是产生转矩脉动的直接原因，由于相数的增加，推进电机的基波电流产生的空间谐波磁动势的次数提高而幅值减小，从而使得转矩脉动得到优化，推进电机运行的效率也得到提高。

3)具有较强的容错能力，可靠性提高。由于推进电机相数的冗余，当六相逆变器的一相或者几相出现故障时，可以采用适当的控制策略，使得推进电机在断相的情况下降功率运行，而无需重新起动或停机。

另一方面，随着新型装备的上舰应用，对舰艇平台功率需求进一步增加，同时也对电能质量提出更高的要求，传统的IGBT等功率半导体器件将难以满足电能要求，新一代宽禁带半导体必将会有更大的舞台。

特别是随着新一代宽禁带半导体材料SiC的兴起，MOSFET的应用得以拓展。与传统的SiMOSFET相比，SiC MOSFET拥有更高的工作频率、开关损耗更小、导通电阻更低、耐压等级更高、功率密度更大等优势，在大功率电力电子设备中开展了广泛应用。例如，六相逆变器采用SiC MOSFET比使用IGBT等功率半导体器件，可以大幅度减少开关过程中的功率损耗，电能变换效率更高，能够在更高温度下运行，简化散热措施，能够支持更高的开关频率。

SiC MOSFET常用的开关频率是40kHz-300kHz，相比IGBT等功率半导体器件，拥有更高的开关频率，将会导致更高的du/dt和di/dt，这会带来严重的电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)问题。过高的电磁干扰，不仅会对其他的电子设备产生干扰，而且可能会对逆变器本身的控制电路产生干扰，影响系统整体的运行。因此，对逆变器本身产生的电磁干扰源进行分析，揭示其电磁干扰的机理，是设计逆变器滤波装置并保证其安全可靠运行的基础。

因此需要针对舰艇平台中的SiC MOSFET六相逆变器建立电磁干扰的准确计算方法，预测作战平台内的设备所处的电磁环境，进而分析敏感设备的干扰响应，为抑制电磁干扰、解决电磁兼容问题奠定基础。

目前逆变器EMI预测常用的方法是将功率半导体器件的开关信号等效为理想方波、梯形波、多斜率阶梯波等波形，但是存在着以下问题：

1)将功率半导体器件的开关信号等效为理想方波，虽然计算简单，但由于实际开关过程差别很大，导致计算获取的EMI特性和实际差距大，只能用于对逆变器EMI特性预估，难以满足准确建模及工程设计的需求。